Die angeborene Zwerchfellhernie (CDH) ist eine Fehlbildung der Lungen und des Zwerchfells die weltweit 1:2500 Neugeborene betrifft. Die Morbidität (100%) und Mortalität (ca. 30%) der CDH sind weiterhin hoch und Neugeborene werden direkt nach der Geburt intubiert und intensivmedizinisch behandelt. Insbesondere die Unterentwicklung der Lungen (pulmonale Hypoplasie) und das Remodelling der Pulmonalarterien (pulmonale Hypertension) ist für die hohe Sterblichkeit verantwortlich. Während der Zwerchfelldefekt sicher und minimalinvasiv verschlossen werden kann, gibt es aktuell keine medikamentöse pränatale Therapie zur Verbesserung des Lungenwachstums. Zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze ist ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Pathophysiologie essentiell. Allerdings konnte bislang nicht etabliert werden, welche molekularen Signalwege in CDH-Lungen verändert sind, um diese als therapeutische Targets zu modulieren. In der vorliegenden Arbeit konnten wir mithilfe eines etablierten Tiermodels und humanen Stammzellen, welche aus Trachealaspiraten isoliert wurden, zeigen, dass in CDH-Lungen pro-inflammatorische Signalwege angereichert sind. Zudem waren Proteinprofile in CDH-Lungen im anerkannten „Nitrofen-Ratten“ Modell für CDH pro-inflammatorisch verändert. Im Epithel der Luftwege war vor allem STAT3 deutlich erhöht, und die Inhibition von STAT3 in fötalen hypoplastischen Lungen führte zu einer Korrektur des abnormalen Wachstums in vitro. Vergleichbare pro-inflammatorischen Veränderungen wurden auch in epithelialen Vorläuferzellen aus Trachealaspiraten von humanen CDH-Patienten nachgewiesen. Bei der transkriptionellen und epigenetischen Analyse dieser epithelialen Vorläuferzellen, welche die Luftwege auskleiden und in funktionelles Epithel differenzieren, wurden Anreicherungen im Interferon- und NF-kB-Signalweg beobachtet. Dieses pro-inflammatorische Programm der Vorläuferzellen war assoziiert mit einer defekten Differenzierung in spezialisierte Zellen des Bronchialepithels. Die Modulation dieser Signalwege führte zur Normalisierung der CDH charakteristischen epithelialen Defekte. Diese Epitheldefekte, welche bei der Differenzierung der Vorläuferzellen in vitro beobachtet wurde, konnten wir auch in histologischen Präparaten von verstorbenen CDH-Föten nachweisen und damit die Validität unserer Assays bestärken. Zusammenfassend konnten wir einen neuen und therapeutisch relevanten Signalweg der Lungenhypoplasie bei CDH aufzeigen.:1. Einleitung 2 1.1 Angeborene Zwerchfellhernie 2 1.2 Nitrofen-CDH-Modell 3 1.3 Pränatale Intervention 4 1.4 Proteomics-Analyse von CDH-Lungen 4 1.5 Tracheal-Aspirate basierte neonatale Lungenforschung 5 1.6 Tracheal-Aspirate basierte CDH-Forschung 6 1.7 Ziele der Arbeit 7 2. Publikationsmanuskripte 2.1 Arbeit 1: “Proteomic Profiling of Hypoplastic Lungs Suggests an Underlying 8 Inflammatory Response in the Pathogenesis of Abnormal Lung Development in Congenital Diaphragmatic Hernia.” Wagner et al., Annals of Surgery, 2022. Impact Factor: 13.9 2.2 Arbeit 2: “A tracheal aspirate-derived airway basal cell model reveals a 20 proinflammatory epithelial defect in congenital diaphragmatic hernia.” Wagner et al., American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2023. Impact Factor: 30.6 3. Zusammenfassung 34 4. Literaturverzeichnis 43 5. Anlagen 45 5.1 Erklärung über den wissenschaftlichen Beitrag des Promovenden zur Arbeit 45 5.2 Erklärung über die eigenständige Anfertigung der Arbeit 46 5.3 Lebenslauf 47 5.4 Danksagung 57

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der sonographischen Lungenbiometrie in der Pränataldiagnostik zur Erkennung einer Lungenhypoplasie. Im ersten Abschnitt wurden anhand definierter Messebenen Normwerte für verschiedene biometrische Parameter (Durchmesser, Länge) der fetalen Lunge erstellt. Im zweiten Abschnitt wurde diese Meßmethode mit Hilfe eines Hochrisikokollektivs (N=29) für die intrauterine Entwicklung einer Lungenhypoplasie hinsichtlich ihrer prognostischen Aussagekraft untersucht. Es konnte nur eine sehr geringe Sensitivität und Spezifität der verschiedenen Messebenen festgestellt werden. Die Vierkammerblickebene wies mit Werten für die Sensitivität von 57% und 44 % sowie für die Spezifität von 42 % und 50 % noch die höchste Validität auf. Eine Fehlbildung, die typischerweise mit der Ausbildung einer Lungenhypoplasie einhergeht, ist die kongenitale Zwerchfellhernie. Da die beschriebenen Messebenen bei dieser Fehlbildung nur schwer zu verwenden sind, wurde in der Literatur ein neuer Parameter, die Lung-to-Head-Ratio, in die pränatale Diagnostik eingeführt. In einem dritten Abschnitt wurde die Lung-to-Head-Ratio (LHR) prospektiv in ihrer prognostischen Aussagekraft bei 18 Feten mit isolierter Zwerchfellhernie untersucht. Neben dem Outcome (Überleben) wurden auch neonatale Ventilationsparameter sowie das Risiko der Entwicklung einer pulmonalen Hypertonie untersucht. Für die LHR konnte kein signifikanter Einfluß auf das Outcome gefunden werden. Es konnte kein signifikanter Zusammenhang zwischen der pränatal bestimmten Lungengröße und dem postnatalen Verlauf der Beatmungsparameter bzw. dem Risiko der Entwicklung einer pulmonalen Hypertonie gefunden werden. Die sonographische Erkennung einer Lungenhypoplasie ist möglich. Mit den derzeit vorhandenen Messebenen ist jedoch eine Einschätzung der Prognose einer Lungenhypoplasie pränatal nicht möglich. Die Ergebnisse unterstützen die Überlegungen, dass die kongenitale Zwerchfellhernie ein sehr komplexes Krankheitsbild ist, welches in seinem Schweregrad nicht nur durch einen Parameter (Lungengröße) eingeschätzt werden kann. / This study analysed the application of the sonographic lung biometry on the prenatal detection of pulmonary hypoplasia. The first chapter defined sonographic levels for the measurement of different biometric parameter (diameter, length) of the fetal lung. The second chapter analysed the application of this method regarding its predictive value in a group with high risk for developing pulmonary hypoplasia (N=29). The sensitivity and specificity of the various measurement levels was low. The level of the four chamber view had the highest validity with a sensitivity of 57 % and 44 % and with a specificity of 42 % and 50 %. The congenital diaphragmatic hernia is a malformation which typically develope pulmonary hypoplasia. The above described measurement levels are difficult to reproduce in congenital diaphragmatic hernia. Therefor a new biometric parameter has been introduced in the literature, the lung-to-Head-Ratio (LHR). In the third chapter the LHR was analysed concerning the evaluation of the prognosis in 18 fetuses with isolated diaphragmatic hernia. The following parameters were examined: outcome of the fetuses; neonatal ventilation parameters; occurance of pulmonary hypertension. There was no significant correlation between the LHR at time of diagnosis of the diaphragmatic hernia and these parameters. The prenatal detection of a pulmonary hypoplasia using the method of sonographic lung biometry is possible. But it is not possible to predict the severity of pulmonary hypoplasia in these cases. It would seem that the lung is a too complex organ for it to be prognostically judged only by measuring a single biometric parameter.